资料摘要

不确定性关系重/难点重点:不确定性关系的概念。难点:对不确定性关系的定量应用。重/难点分析重点分析:微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量x越小,动量的不确定量px就越大,反之亦然。难点分析:微观粒子的坐标测得愈准确(x0) ,动量就愈不准确(px) ;微观粒子的动

  • 资料类型:教学教案文档
  • 所属课文:5 不确定性关系
  • 支持正文预览,并提供同课文课件入口
浏览次数
56
下载次数
0
更新时间
2019-06-25 19:08:00
来源学校
学校:重庆市綦江实验中学校

5 不确定性关系教案1

未知
2019-06-25 19:08:00
56
0
PDF / 未知页
未知字
配套课件
积分:1
第 1 页,共 1 页

5 不确定性关系教案1

未知

摘要:暂无摘要

关键词:5 不确定性关系教案1

正文

不确定性关系

重/难点

重点:不确定性关系的概念。

难点:对不确定性关系的定量应用。

重/难点分析

重点分析:微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量x越小,动量的不确定量px就越大,反之亦然。

难点分析:微观粒子的坐标测得愈准确(x0) ,动量就愈不准确(px) ;微观粒子的动量测得愈准确(px0) ,坐标就愈不准确(x) 。但这里要注意,不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准;也不是说微观粒子的动量测不准;更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准;而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。

突破策略

1、德布罗意波的统计解释

1926年,德国物理学玻恩

(Born ,

1882--1972)

提出了概率波,认为个别微观粒子在何处出现有一定的偶然性,但是大量粒子在空间何处出现的空间分布却服从一定的统计规律。

2、经典波动与德布罗意波(物质波)的区别

经典的波动(如机械波、电磁波等)是可以测出的、实际存在于空间的一种波动。而德布罗意波(物质波)是一种概率波。简单的说,是为了描述微观粒子的波动性而引入的一种方法。

3、不确定度关系(uncertainty relatoin)

经典力学:运动物体有完全确定的位置、动量、能量等。微观粒子:位置、动量等具有不确定量(概率)。

(1)电子衍射中的不确定度

如图所示,一束电子以速度v沿oy轴射向狭缝。电子在中央主极大区域出现的几率最大。在经典力学中,粒子(质点)的运动状态用位置坐标和动量来描述,而且这两个量都可以同时准确地予以测定。然而,对于具有二象性的微观粒子来说,是否也能用确定的坐标和确定的动量来描述呢?

下面我们以电子通过单缝衍射为例来进行讨论。

设有一束电子沿oy轴射向屏AB上缝宽为a的狭缝,于是,在照相底片CD上,可以观察到如下图所示的衍射图样。如果我们仍用坐标x和动量p来描述这一电子的运动状态,那么,我们不禁要问:一个电子通过狭缝的瞬时,它是从缝

上哪一点通过的呢?也就是说,电子通过狭缝的瞬时,其坐标x为多少?显然,这一问题,我们无法准确地回答,因为此时该电子究竟在缝上哪一点通过是无法确定的,即我们不能准确地确定该电子通过狭缝时的坐标。

研究表明:

衍射极小,sin1a

, 式中为电子的德布罗意波长。

电子的位置和动量分别用x和p来表示。

电子通过狭缝的瞬间,其位置在x方向上的不确定量为xa,同一时刻,由于衍射效应,粒子的速度方向有了改变,缝越小,动量的分量px变化越大。

分析计算可得:

xp关系,简称不确定关系。

上式表明:

①许多相同粒子在相同条件下实验,粒子在同一时刻并不处在同一位置。

②用单个粒子重复,粒子也不在同一位置出现。

h

,式中h为普朗克常量。这就是著名的不确定性4

例1. 一颗质量为10g 的子弹,具有200ms1的速率,若其动量的不确定范围为动量的0. 01%(这在宏观范围是十分精确的了),则该子弹位置的不确定量范围为多大? 解析:子弹的动量

pmv0.01200kgm/s2.0kgm/s

动量的不确定范围

p0.01%p1.01042kgm/s2.0104kgm/s

由不确定关系式xph,得子弹位置的不确定范围

4h6.631034xm2.61031m44p43.142.010

我们知道,原子核的数量级为1015m,所以,子弹位置的不确定范围是微不足道的。可见子弹的动量和位置都能精确地确定,不确定关系对宏观物体来说没有实际意义。

例2. 一电子具有200 m/s的速率,动量的不确定范围为动量的0.01%(这已经足够精确了),则该电子的位置不确定范围有多大? 解析 : 电子的动量为:

pmv9.11031200kgm/s1.81028kgm/s

动量的不确定范围

p0.01%p1.01041.81028kgm/s1.81032kgm/s

由不确定关系式,得电子位置的不确定范围

h6.6310343xm2.910m324p43.141.810

我们知道原子大小的数量级为1010m,电子则更小。在这种情况下,电子位置的不确定范围比原子的大小还要大几亿倍,可见企图精确地确定电子的位置和动量已是没有实际意义。

4、微观粒子和宏观物体的特性对比

宏观物体

微观粒子

具有确定的坐标和动量,可用牛顿力没有确定的坐标和动量,需用量子力学描述。

学描述。

有连续可测的运动轨道,可追踪各个有概率分布特性,不可能分辨出各个物体的运动轨迹。

体系能量可以为任意的、连续变化的数值。

不确定度关系无实际意义。

粒子的轨迹。

能量量子化

。

遵循不确定度关系。

5、不确定关系的物理意义和微观本质

(1)物理意义:

微观粒子不可能同时具有确定的位置和动量。粒子位置的不确定量x越小,动量的不确定量px就越大,反之亦然。

(2)

微观本质:

是微观粒子的波粒二象性及粒子空间分布遵从统计规律的必然结果。

不确定关系式表明:

①

微观粒子的坐标测得愈准确(x0) ,动量就愈不准确(px) ;微观粒子的动量测得愈准确(px0) ,坐标就愈不准确(x) 。但这里要注意,不确定关系不是说微观粒子的坐标测不准;也不是说微观粒子的动量测不准;更不是说微观粒子的坐标和动量都测不准;而是说微观粒子的坐标和动量不能同时测准。

②

为什么微观粒子的坐标和动量不能同时测准?这是因为微观粒子的坐标和动量本来就不同时具有确定量。这本质上是微观粒子具有波粒二象性的必然反映。由以上讨论可知,不确定关系是自然界的一条客观规律,不是测量技术和主观能力的问题。

③

不确定关系提供了一个判据:当不确定关系施加的限制可以忽略时,则可以用经典理论来研究粒子的运动。当不确定关系施加的限制不可以忽略时,那只能用量子力学理论来处理问题。

突破反思

本节课主要了解不确定性关系的概念和应用。尽管比较抽象,但是我们老师

还是能把这堂课上的有声有色,收到较好的效果。本节课主要有以下几个特点:

1、充分利用多种教学素材(课件,图片等),创设生动的教学情景,使学生很快进入一种愿学、乐学的学习状态。

2、贯彻《课程标准》“从生活走向物理,从物理走向社会”的理念,选择典型例子,密切联系学生已经有的直接经验,变抽象为生动,有效的减低学习的难度。

3、采用环环相扣,层层深入的教学模式,把问题在情景中提出,给学生思考的空间和时间,使学生自主的对问题深入了解,全面认识,从而体会出基本的物理思考方法。

第 1 页,共 1 页

文档信息

  • 格式: PDF
  • 页数: 未知页
  • 字数: 未知
  • 上传时间: 2019-06-25 19:08:00
  • 下载次数: 0
  • 浏览次数: 56
  • 积分: 1
  • 收藏: 0

作者信息

教师头像

5ygggwenku_156548

来自:学校:重庆市綦江实验中学校

下载提示

下载文档后,您可以获得:

  • 完整无水印文档
  • 高清阅读体验
  • 随时保存查看
  • 支持打印下载

关于本教案的常见问题

Q:5 不确定性关系教案1是什么类型的资料?

A:这是一份教学教案文档,可用于备课、课堂讲解与课后复习,支持在线预览正文内容。

Q:这份教案对应哪篇课文?

A:对应课文《5 不确定性关系》,可从面包屑进入课文目录查看同课其他资料。

Q:如何找到配套课件?

A:页面提供「配套课件/同课文课件」入口;也可进入课文详情页同时查看教案与课件列表。